本发明涉及一种辐射探测器件，尤其是一种辐射探测器的制造方法。
背景技术：
辐射探测技术广泛应用于医学成像系统(如pet，正电子发射断层成像设备)、天文观测(如x射线望远镜)、国土安全、高能物理实验、核辐射监测等领域。早期的辐射探测技术，一般使用的是传统的光电倍增管(pmt)。采用光电倍增管的辐射探测技术具有许多优势，例如高增益(106或更高)，较好的线性特性和较低的暗电流等，但是该技术也存在一些明显的缺点，比如庞大的尺寸、较高的工作电压、对磁场敏感、复杂的制造技术以及高昂的成本等。
目前，以硅为材料的光电探测器在辐射探测领域得到了广泛应用，包括电荷耦合器件(ccd)、光电二极管(pad)、单光子雪崩二极管(sapd)、硅雪崩光电倍增器件(sipm)等。与电荷耦合器件相比，光电二极管具有工作功率低，与标准的cmos工艺兼容，制造成本低，能够与模拟或数字处理电路集成等优点。但是光电二极管增益较低(一般为100)，所以室温下的信噪比很差。单光子雪崩二极管(sapd)通过提高工作电压使器件工作在高增益工作模式，以进行单光子探测。但是，单光子雪崩二极管的高增益工作模式不能对入射光进行线性模式的探测，因为在这种模式下雪崩倍增产生的电流与入射光子数目无关。而作为新型半导体探测器的硅光电倍增器件(sipm)，因其高内部增益、高探测灵敏度、低工作电压、低功耗、低成本、便于批量生产等优点而具有广泛的应用前景。硅光电倍增器件是一种在半导体材料的衬底上形成的，包含有若干工作在盖革模式下的光电二极管并串联相同数量的淬灭电阻的光电探测器件(也称之为光敏像素单元)。每一个光敏像素单元有共同的电极作为信号输出。一个光子入射到光敏像素单元中被吸收后会在像素的光敏区产生电子-空穴对。由于每一个光敏像素单元的光敏区内存在一个较高的电场，漂移的电子会通过雪崩的方式在这个大电场中产生大量电子-空穴对，最终导致击穿。电阻单元位于雪崩击穿结构单元附近，它会抑制雪崩倍增过程并使它逐渐减弱停止。由于器件中所有光敏像素具有共同的电极，作为各像素信号总和输出，因而探测到的光子数与输出信号大小线性相关。
但是受限于硅原子较小的原子序数，硅半导体光电探测器对中高能射线的探测效率较低，如1mm厚度的硅探测器对60kev的γ射线的光电探测效率还不到10％，因此硅半导体光电探测器只能应用于低能(<10kev)x射线探测领域。而通过将闪烁晶体与硅探测器相耦合，可以大幅提高探测器的探测效率和可探测的射线能量范围。此类探测器的工作原理是，入射射线射入到闪烁晶体内部后与晶体相互作用，射线损失能量被晶体原子吸收后产生可见光光子，这些可见光光子被硅探测器所探测到，从而产生电信号。
在传统的辐射探测器制造的过程中，光电探测器部分与闪烁晶体部分是分开的。即通常是在光电器件制造、封装完成后，再与加工好的闪烁晶体进行耦合装配。闪烁晶体的加工包括定向切割、粗磨、精磨、机械抛光等一系列复杂的加工工序。为保证闪烁晶体较高加工效率的同时具有较理想的形状精度和表面形貌，需要各工序中的每一步都精确控制，这对加工的工艺设备以及加工的条件提出了较高的要求。特别是当闪烁晶体的尺寸(包括长、宽、高)变小之后，会存在加工困难、精度难以控制等问题。由于闪烁晶体的尺寸与辐射探测器的空间分辨率和能量分辨率有关，因此闪烁晶体的加工质量、与光电器件的耦合质量对辐射探测器的成像效果有很大的影响。
技术实现要素：
本发明的目的就在于提供一种辐射探测器件的制造方法，该方法是直接将闪烁晶体生长在半导体光电器件的晶圆上，然后对制造完成的辐射探测器进行切割，形成辐射探测器产品。采用这种方法不仅省去了复杂的闪烁晶体加工工序，避免了小尺寸晶体加工困难、精度难以控制的问题，而且可以通过控制生长的晶体厚度以及辐射探测器切割尺寸的方式来控制探测器的空间分辨率及能量分辨率。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种辐射探测器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1,提供半导体裸晶圆；
s2,采用标准半导体制造工艺对所述半导体裸晶圆进行加工制造，在所述半导体裸晶圆上制作光电器件，形成光电器件晶圆；
s3,在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长闪烁晶体；
s4,在所述闪烁晶体之上淀积防潮层；
s5,在含有闪烁晶体和防潮层的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆；
s6,对所述辐射探测器晶圆进行切割，形成最终的辐射探测器产品。
优选地，在步骤s2和步骤s3之间，还包括如下步骤：在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长抗反射涂层；步骤s3相应地为：在所述抗反射涂层上生长闪烁晶体。
优选地，在步骤s3和步骤s4之间，还包括如下步骤：在闪烁晶体上刻蚀沟槽，所述沟槽与所述光电器件晶圆上的划片道一一对应；步骤s4相应地为：在所述沟槽内以及所述闪烁晶体之上淀积防潮层。
优选地，在步骤s4和步骤s5之间，还包括如下步骤：对含有闪烁晶体和防潮层的晶圆底部的半导体层进行减薄；步骤s5相应地为：在所述减薄的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆。
优选地，步骤s2中，所述标准半导体制造工艺为标准cmos工艺；所述光电器件为硅光电倍增器。
优选地，步骤s3中，所述闪烁晶体为碘化钠、碘化铯、氟化钡、氟化钙、锗酸铋、钨酸铬、钨酸铅、铝酸钇、硅酸扎、硅酸镥中的一种或几种；所述生长方式为化学气相淀积。
优选地，步骤s4中，所述防潮层由钛、铝、镍、氟化镁、氧化硅、氟化铝、氧化钛中的一种或几种材料构成。
优选地，步骤s5中，所述芯片管脚的制作采用硅通孔的方式进行。
本发明的有益效果是：1、省去了复杂的闪烁晶体加工工序，避免了小尺寸晶体加工困难、精度难以控制的问题，保证了晶体的加工质量；2、可以通过控制晶体生长厚度以及辐射探测器切割尺寸的方式来控制探测器的空间分辨率及能量分辨率，因而可以有针对性地制造不同的产品来满足不同的分辨率要求；3、探测器属于晶圆级封装，具有更小的封装尺寸，因而可以满足小尺寸或大规模阵列式探测系统的应用需求。
附图说明
附图1是本发明提出的一种辐射探测器的制造方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
实施例1
如附图1所示，本发明公开了一种辐射探测器的制造方法所涉及的第一个实施例，包括如下步骤：
s1,提供半导体裸晶圆；所述晶圆一般为硅晶圆，4”，6”，8”，12”晶圆都可以采用；特别地，在一些对光电器件性能要求较高的领域，所述晶圆上应当有外延层，或所述晶圆为外延晶圆。
s2,采用标准半导体制造工艺对所述半导体裸晶圆进行加工制造，在所述半导体裸晶圆上制作光电器件，形成光电器件晶圆；所述标准半导体制造工艺是包括氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等工艺在内的一系列标准制造流程；所述光电器件的制造工艺流程包括形成pn结、欧姆接触区离子注入、制作金属互连线等工艺步骤；特别地，所述光电器件为硅光电倍增器，它由工作在雪崩状态的二极管和高阻电阻为基本单元构成；特别地，所述标准半导体制造工艺为标准cmos工艺。
s3,在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长闪烁晶体；由于在标准的半导体制造工艺中，光电器件的表面会有一层钝化层，所述闪烁晶体生长在钝化层之上；特别地，所述闪烁晶体为碘化钠、碘化铯、氟化钡、氟化钙、锗酸铋、钨酸铬、钨酸铅、铝酸钇、硅酸扎、硅酸镥中的一种或几种；所述生长方式为化学气相淀积。
s4,在所述闪烁晶体之上淀积防潮层；所述防潮层由钛、铝、镍、氟化镁、氧化硅、氟化铝、氧化钛中的一种或几种材料构成。
s5,在含有闪烁晶体和防潮层的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆。
s6,对所述辐射探测器晶圆进行切割，形成最终的辐射探测器产品。
实施例2
本发明公开的一种辐射探测器的制造方法所涉及的另外一种实施例，包括如下步骤：
s1,提供半导体裸晶圆；所述晶圆一般为硅晶圆，4”，6”，8”，12”晶圆都可以采用；特别地，在一些对光电器件性能要求较高的领域，所述晶圆上应当有外延层，或所述晶圆为外延晶圆。
s2,采用标准半导体制造工艺对所述半导体裸晶圆进行加工制造，在所述半导体裸晶圆上制作光电器件，形成光电器件晶圆；所述标准半导体制造工艺是包括氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等工艺在内的一系列标准制造流程；所述光电器件的制造工艺流程包括形成pn结、欧姆接触区离子注入、制作金属互连线等工艺步骤；特别地，所述光电器件为硅光电倍增器，它由工作在雪崩状态的二极管和高阻电阻为基本单元构成；特别地，所述标准半导体制造工艺为标准cmos工艺。
s2-1,在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长抗反射涂层，用以减少光的损失；由于在标准的半导体制造工艺中，光电器件的表面会有一层钝化层，所述抗反射涂层生长在钝化层之上。
s3,在所述抗反射涂层上生长闪烁晶体；特别地，所述闪烁晶体为碘化钠、碘化铯、氟化钡、氟化钙、锗酸铋、钨酸铬、钨酸铅、铝酸钇、硅酸扎、硅酸镥中的一种或几种；所述生长方式为化学气相淀积。。
s4,在所述闪烁晶体之上淀积防潮层；所述防潮层由钛、铝、镍、氟化镁、氧化硅、氟化铝、氧化钛中的一种或几种材料构成。
s5,在含有闪烁晶体和防潮层的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆；
s6,对所述辐射探测器晶圆进行切割，形成最终的辐射探测器产品。
实施例3
本发明公开的一种辐射探测器的制造方法所涉及的另外一种实施例，包括如下步骤：
s1,提供半导体裸晶圆；所述晶圆一般为硅晶圆，4”，6”，8”，12”晶圆都可以采用；特别地，在一些对光电器件性能要求较高的领域，所述晶圆上应当有外延层，或所述晶圆为外延晶圆。
s2,采用标准半导体制造工艺对所述半导体裸晶圆进行加工制造，在所述半导体裸晶圆上制作光电器件，形成光电器件晶圆；所述标准半导体制造工艺是包括氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等工艺在内的一系列标准制造流程；所述光电器件的制造工艺流程包括形成pn结、欧姆接触区离子注入、制作金属互连线等工艺步骤；特别地，所述光电器件为硅光电倍增器，它由工作在雪崩状态的二极管和高阻电阻为基本单元构成；特别地，所述标准半导体制造工艺为标准cmos工艺。
s3,在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长闪烁晶体；由于在标准的半导体制造工艺中，光电器件的表面会有一层钝化层，所述闪烁晶体生长在钝化层之上的；特别地，所述闪烁晶体为碘化钠、碘化铯、氟化钡、氟化钙、锗酸铋、钨酸铬、钨酸铅、铝酸钇、硅酸扎、硅酸镥中的一种或几种；所述生长方式为化学气相淀积。
s3-1,在闪烁晶体上刻蚀沟槽，所述沟槽与所述光电器件晶圆上的划片道一一对应。
s4,在所述沟槽内以及所述闪烁晶体之上淀积防潮层；所述防潮层由钛、铝、镍、氟化镁、氧化硅、氟化铝、氧化钛中的一种或几种材料构成。
s5,在含有闪烁晶体和防潮层的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆。
s6,对所述辐射探测器晶圆进行切割，形成最终的辐射探测器产品。
实施例4
本发明公开的一种辐射探测器的制造方法所涉及的另外一种实施例，包括如下步骤：
s1,提供半导体裸晶圆；所述晶圆一般为硅晶圆，4”，6”，8”，12”晶圆都可以采用；特别地，在一些对光电器件性能要求较高的领域，所述晶圆上应当有外延层，或所述晶圆为外延晶圆。
s2,采用标准半导体制造工艺对所述半导体裸晶圆进行加工制造，在所述半导体裸晶圆上制作光电器件，形成光电器件晶圆；所述标准半导体制造工艺是包括氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等工艺在内的一系列标准制造流程；所述光电器件的制造工艺流程包括形成pn结、欧姆接触区离子注入、制作金属互连线等工艺步骤；特别地，所述光电器件为硅光电倍增器，它由工作在雪崩状态的二极管和高阻电阻为基本单元构成；特别地，所述标准半导体制造工艺为标准cmos工艺。
s3,在所述光电器件晶圆含有光电器件的一侧上生长闪烁晶体；由于在标准的半导体制造工艺中，光电器件的表面会有一层钝化层，所述闪烁晶体生长在钝化层之上的；特别地，所述闪烁晶体为碘化钠、碘化铯、氟化钡、氟化钙、锗酸铋、钨酸铬、钨酸铅、铝酸钇、硅酸扎、硅酸镥中的一种或几种；所述生长方式为化学气相淀积。
s4,在所述闪烁晶体之上淀积防潮层；所述防潮层由钛、铝、镍、氟化镁、氧化硅、氟化铝、氧化钛中的一种或几种材料构成。
s4-1,对含有闪烁晶体和防潮层的晶圆底部的半导体层进行减薄，一般将半导体层减薄到300μm至100μm之间。
s5,在所述减薄的晶圆上制作芯片管脚，形成辐射探测器晶圆；所述芯片管脚的制作采用硅通孔的方式进行。。
s6,对所述辐射探测器晶圆进行切割，形成最终的辐射探测器产品。
上述各实施例所具有的有益效果是：1、省去了复杂的闪烁晶体加工工序，避免了小尺寸晶体加工困难、精度难以控制的问题，保证了晶体的加工质量；2、可以通过控制晶体生长厚度以及辐射探测器切割尺寸的方式来控制探测器的空间分辨率及能量分辨率，因而可以有针对性地制造不同的产品来满足不同的分辨率要求；3、探测器属于晶圆级封装，具有更小的封装尺寸，因而可以满足小尺寸或大规模阵列式探测系统的应用需求。
上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本发明而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。